万花镜
    首页社会国际娱乐科技时尚军事汽车探索美食旅游历史健康育儿
    品牌音乐地理汽车明星内地歌手植物

    一个几乎可以解释宇宙的数学公式

    2016年3月28日 作者:每日科学
    一个几乎可以解释宇宙的数学公式

    点击上方“数学英才”可以订阅哦!

    凝视着夜空,宇宙似乎是复杂和神秘的。很难想象的是,数学可以如此简单地解释十分复杂的东西,使得即便孩子也可以理解。但是,这并没有阻止人们偶尔尝试一番。

    一个几乎可以解释宇宙的数学公式

    太阳系里存在一个特定的模式吗?图片为太阳及其行星的概念画。

    图片来源:NASA Jet Propulsion Laboratory.

    例如,在学校里,我经常被给一个数列,要求寻找能让我延续该序列的数学模式。这有一例:

    0,1,2,4,8,16,32

    显然这个序列是先添加1到0,然后它的每一个数加倍,得到下一个数。因此,序列应以64,128,256等继续。现在,我们有

    0,1,2,4,8,16,32,64,128,256,512

    这似乎是很基本的,也不是特别有趣的。所以可以想象,当我在一个短暂的时期内发现这个表达式的一个修改版本似乎非常接近于解释宇宙,我是如何的惊喜!

    下面告诉如何做到这点。

    将序列中的每个数乘上3:

    0,3,6,12,24,48,96,192,384,768,1024

    将序列中的每个数乘上3:

    4,7,10,16,28,52,100,196,388,772,1028

    最后,每个数除以10:

    0.4,0.7,1.0,1.6,2.8,5.2,10,19.6,38.8,77.2,102.8

    一个几乎可以解释宇宙的数学公式

    戴维·提丢斯(左) 和 约翰·波得

    为什么我做这一切呢?好吧,1766年,德国天文学家Johann Daniel Titius发现该序列似乎能说明当时已知的每个行星与太阳之间的平均距离(行星的轨道是椭圆形的,所以它到太阳的距离各不相同,因此天文学家取平均)。他的同胞Johann Bode是柏林天文台的台长,让他的观察广为人知,现在就称为Titius-Bode规则(简称:“波得定律”)。

    地球距离太阳约有150万公里远,称为1天文单位(AU)。地球是太阳第三远的行星。水星是最靠近太阳的行星,其次是金星。

    猜猜看:

    水星距离太阳0.39AU。

    金星距离太阳0.72AU。

    火星距离太阳1.52AU。

    当时已知仅有的其他行星是木星和土星。

    木星距离太阳5.2AU。

    土星距离太阳9.54AU。

    这些距离非常接近我们序列中的第六和第七个数。因此,看来是有描述行星与太阳距离的一个美丽的简单模式。当然,也有一定的差距。该序列预测存在一颗与太阳距离约为2.8AU的行星。Titius和Bode两人都深信,必须有另一颗行星位于火星和木星之间。他们认为上帝若将该空间浪费而破坏他们的模型,这几乎是不可信的。

    除了预测火星和木星之间存在行星外,Titius-Bode规则还预测,如果有比土星更远的行星,它则会距离太阳大约19.6AU------是土星与太阳距离的双倍。

    一个几乎可以解释宇宙的数学公式

    一副天王星和天王星环的概念图。图片来源:NASA Ames Research Centre.

    然后,在1781年,非同寻常的事情发生了------出生在德国的一个业余天文学家William Herschel,住在Bath,他用自制的望远镜发现了一颗行星,从而作为行星的第一个现代发现者而在历史书中赢得一席。但是,Johann Bode一定会感到相当得意的。首先,行星的称谓最终选择的是他的命名------天王星,这推翻了Herschel以英王乔治三世命名的愿望(有一颗行星叫乔治,那岂不是有点怪异?)。其次,天王星非常接近Titius-Bode规则所规定的地方,在与太阳相距19.2AU的轨道上运行。

    预测一个未知的星球的轨道,给了这个规则更多的信誉,并开始了寻找火星和木星之间“丢失的星球”。然后,意大利的天文学家Guiseppe Piazzi在1801年的元旦发现了谷神星。它的轨道距离太阳2.8AU,正是Titius-Bode法则所预测的。

    Titius-Bode规则两次成功的预测,似乎真的揭示了宇宙是如何被制造的秘密。然而,令人遗憾的是,原来被认为规则精彩(或者用两点)之处的预测,慢慢地开始引起了怀疑。

    第一个问题是,作为行星,谷神星是很小的。认为自己发现了一个恰当星球的William Herschel,创造了小行星这个词来形容谷神星。随着时间的推移,越来越清晰地表明它只是火星和木星之间所谓的小行星带中的许多物体之一。从19世纪60年代以来,谷神星已经不再被认为是一颗行星。不过,有人会说,如果这些小物体没有被木星的引力打乱,它们会形成一个星球。

    第二个问题是,又一颗新的行星于1846年被发现,但是在错误的地方!根据Titius-Bode规则,海王星应在距离太阳38.8AU处发现。事实上,实际距离较预期值近得多。

    然后,在1930年,Clyde Tombaugh发现了冥王星,和太阳相距40AU。随着越来越多的发现,该规则被打破,如所列表格显示的(表中*表示不再认为是行星)。

    一个几乎可以解释宇宙的数学公式

    *表示不再被视为太阳系的行星

    今天,Titius-Bode规则已经成为过去式,没有人再会认真地对待它。这个昙花一现的几乎成为科学定律的想法,被进一步的数据证明击倒了。它的初始发现仅是巧合,而人们抓住它相信它确实过于仓促!尽管这是一个美丽的巧合,但巧合很难成为定律!

    事实上宇宙的奥秘,比如宇宙以及行星到底是如何形成的,我们至今仍然知之甚少。但我们也不排除这样的可能性:或许有一天,上述的那个被证明失败的规则会以某种形式复活,当然要经过适当的形式予以修正了。有趣的是,有人已发现某些卫星根据类似的规则围绕着行星分布;虽然这些发现可能仍然是局部的巧合。但在科学研究中,我们可以相信有些死去的想法在适当的条件下确实可以复活!

    选载自善科文库

    作者: Sophie Butchart

    翻译: 丁玖,密执安州立大学博士,南密西西比大学数学教授

    校对: 汤涛,香港浸会大学数学讲座教授

    数学英才

    中学生英才计划

    数学学科官方公众号

    推送数学微慕课和学习资料

    微信号:shuxueyingcai

    位置:首页 > 探索
    阿宅2016/4/7 8:56

    数学公式真可以解释宇宙吗?不懂0、1是二进制的基数吧,比如:1001、0110、0011分别对应十进制的9、6、3,那就用计算机去算宇宙吧!

    佳宁2016/4/7 7:12

    150万公里,小编估计骨头渣渣都不剩了,

    我是女孩2016/4/7 5:34

    太阳和地球距离1亿5000万公里月亮和地球38万公里地球半径6400公里

    坏小子不坏2016/4/6 13:38

    这就是典型的不懂装懂!没有天文知识就不要出来装逼了好吗!说你是砖家都侮辱了禽兽!

    不再回忆2016/4/5 15:13

    土星呢,那个谷神星是土星??

    冷大大2016/4/4 20:15

    光速每秒30万公里,太阳光到地球八分钟,有多遠坭?别人讲错了?

    加载更多评论...
    本类推荐
    南美洲印第安人,每年这一天集体出动给太阳过节
    南美洲印第安人,每年这一天集体出动给太阳过节

    世界上有五大太阳崇拜和太阳文化发源地,古中国、古印度、古埃及、古希腊和南美的古印加帝国。其中最具特色、最著名的“太阳节”是在秘鲁的库斯科(库斯科是印加帝国的首都)。每年6月24日。南半球“冬至”这天,也是印加人感谢太阳神“印地”的盛典之日。

    中国人造太阳获大突破,人类再也不用为石油而发生战争了
    中国人造太阳获大突破,人类再也不用为石油而发生战争了

    如果说起EAST的学名大型非圆截面全超导托卡马克装置,可能没有多少人知道,但是如果提起“人造太阳”,很多人就会有种恍然大悟的感觉。科技日报7月5日报道,我国的超导托卡马克实验装置(EAST)在全球首次实现了上百秒的稳态高约束运行模式,这是一个里程碑式的大突破!

    宇宙的起源,宇宙到底是怎么诞生的?
    宇宙的起源,宇宙到底是怎么诞生的?

    宇宙不是一开始就存在的。科学家们认为宇宙诞生于130亿~150亿年前的“宇宙大爆炸”。而大爆炸前一刻的宇宙只是一个灼热的小球,里面包含着现在宇宙中的一切。然后,随着有史以来最大、最剧烈的一场爆炸,宇宙诞生了!

    中国科学家就要搞出“人造太阳”!开车用电不花钱的中国新时代?
    中国科学家就要搞出“人造太阳”!开车用电不花钱的中国新时代?

    大家都知道“万物生长靠太阳”的道理,太阳作为太阳系的主星,为地球提供了光和热,使得地球成为了温暖的人类家园。太阳的巨大能量源自其内部时刻不停的核聚变反应,也就是和氢弹一个原理。在科学家们知道核聚变原理之后...

    日食黑漆漆,直视照样“瞎狗眼”?太阳:你对力量一无所知
    日食黑漆漆,直视照样“瞎狗眼”?太阳:你对力量一无所知

    日食总是被视为不祥之兆,天狗食日啦,孕妇儿童不宜出门啦,地球就要毁灭啦……太阳:都是月亮惹的祸。2016年3月8日的美国日全食 图片来源:NASA TV科学家说,上面的说法统统是迷信!唯一会引发不详的是,以为太阳被天狗吃了就直接盯着太阳看。

    美国人登上月亮不过瘾,宣布要去太阳看看了!明年就要发射!
    美国人登上月亮不过瘾,宣布要去太阳看看了!明年就要发射!

    迄今为止,人类虽然已经探索的目光放到了太阳系甚至银河系之外,但是对于太阳系的许多星球,仍有众多秘密尚未揭开,甚至,现在人类也只能遥远的观察太阳,不敢距离太阳太近。太阳作为太阳系的主星,表面温度有几千度,地球生命不仅无法靠近,一般的物质在这种高温里也要融化蒸发了!

    太阳突现巨大黑子,超过地球10倍大!专家:可能导致断网断电
    太阳突现巨大黑子,超过地球10倍大!专家:可能导致断网断电

    身处太阳系的地球,主星太阳为地球提供了光和热,太阳的一举一动,也会影响到地球上的一切。太阳黑子便是太阳活动中的重要成员之一。太阳黑子是指太阳表面出现的一种异常低温现象,它们在太阳表面呈现为比周围区域更黑暗的斑点,太阳黑子往往是磁场聚集的地方。

    研究发现年轻星团R136:恒星灼热明亮远胜太阳
    研究发现年轻星团R136:恒星灼热明亮远胜太阳

    原标题:哈勃望远镜拍摄年轻星团:恒星灼热明亮远胜太阳这张由哈勃太空望远镜所拍摄的图片中,展示的是一个年轻的星团R136,位于大麦哲伦星云内,距离我们约有17万光年远。星团R136里有着许多极其巨大的、灼热而明亮的恒星。

    太阳粒子竟是引发第五次生物大灭绝的真凶!
    太阳粒子竟是引发第五次生物大灭绝的真凶!

    【科技讯】5月16日消息,太阳粒子竟是引发第五次生物大灭绝的真凶!第五次生物大灭绝使地球上80%的物种遭到灭绝,科学家一直在寻找造成第五次生物大灭绝的真凶,据科学家推测有可能是太阳粒子引发的,因为在当时还发生过很多的超自然现象血雨...

    《星球大战》中有两个太阳的塔图因星球,宇宙中或许多的是!
    《星球大战》中有两个太阳的塔图因星球,宇宙中或许多的是!

    ↗↗↗ 点击上方“唧唧堂”关注各学科最新最热研究推荐论文解读发现关注更多研究和研究人,请访问唧唧堂网站文章首发于唧唧堂网站,作者:唧唧堂研究人王善钦《星球大战》中拥有两颗太阳的沙漠星球真的存在吗?答案是肯定的,天文学家已经发现了好几颗,并表示或许还存在更多更多等待发现。

    科学家发现变态超新星:亮度超太阳的5700亿倍,谁看谁瞎!
    科学家发现变态超新星:亮度超太阳的5700亿倍,谁看谁瞎!

    历史上出现过的每一个文明都存在着对于太阳的崇拜,这不是偶然,只是这太阳对于地球生物来说太重要了,一句“万物生长靠太阳”已足够说明。地球与太阳之间的距离约为149597870千米,也就是一个天文单位。不过即便这么遥远,在地球上我们仍能够感知到太阳发出的光和热。

    如果月亮星星都消失而且只有一个假太阳|载物杯科普征文作品
    如果月亮星星都消失而且只有一个假太阳|载物杯科普征文作品

    如果有一天,突然星星和月亮都消失了,人造卫星都掉下来了,天上悬挂着的太阳只是个假像。地球被装进了笼子里,笼子内的一年等于笼子外的一亿年,考虑到真太阳的寿命还有四五十亿年,地球最多能存在四五十年了。卫星、网络、直播电视都没有了...

    延伸热词
    首页社会国际娱乐科技时尚军事汽车探索美食旅游历史健康育儿
    万花镜 版权所有 京ICP备14059027号
    值班QQ:3012642954
    邮箱:wanhuajingnews@qq.com